自循跡小車電子綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、南京工程學(xué)院自循跡小車電子綜合實(shí)訓(xùn)報(bào)告學(xué) 院：自 動(dòng) 化 學(xué) 院專業(yè)班級(jí)：數(shù)控卓越141班學(xué)生姓名： 裴 希 學(xué) 號(hào)： 203140722 指導(dǎo)教師：陳國(guó)軍、張津楊完成時(shí)間： 2015.12.15 1、 實(shí)習(xí)目的1. 能熟悉的使用Altium Designer軟件畫出實(shí)驗(yàn)原理圖以及PCB圖；2. 能使用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)電路的仿真，并且找出仿真失敗的原因；3. 加深對(duì)數(shù)字電路以及模擬電路的理解，更好的掌握學(xué)過的理論知識(shí)；4. 通過實(shí)習(xí)，培養(yǎng)自獨(dú)立解決問題實(shí)際問題的能力；5. 掌握電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，為以后的工作打下基礎(chǔ)；6. 能夠進(jìn)行良好的團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力；7. 掌握循

2、跡小車的設(shè)計(jì)方法；8. 掌握基本的焊接電路的方法。2、 基本功能小車可以在檢測(cè)到黑線的情況下自動(dòng)繞著黑線走，在三個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到黑線時(shí)停止。電 源系統(tǒng)概述為以下所示：占空比控制驅(qū)動(dòng)傳 感 器 秒脈沖 計(jì) 數(shù) 器3、 設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)（1） 單元電路設(shè)計(jì)(仿真)分析(1).電源電路 原理圖如下所示 a.該電路使用到7805芯片，7805芯片的功能為穩(wěn)定輸出電壓，使輸出不發(fā)生明顯的波動(dòng)，以至于影響到他的輸出端的穩(wěn)定，經(jīng)常用于電子制作方面。由于電子電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。 b.而在7805的兩側(cè)分別用了兩個(gè)電容這兩個(gè)電容是用來抵抗外界的干擾和電源內(nèi)

3、部產(chǎn)生的干擾。 c.此外為了防止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的干擾，我們使用兩個(gè)7805穩(wěn)壓電源電路，一個(gè)給電機(jī)以激勵(lì)，另外的一個(gè)電源電路用來給電機(jī)以外的電路板塊激勵(lì)。 e.而兩個(gè)電源之間也不能讓其互相產(chǎn)生干擾，所以需要在兩個(gè)7805輸出之間加一個(gè)電感用來隔離兩個(gè)輸出端產(chǎn)生的干擾，讓電路的輸出更加的穩(wěn)定。(2) .傳感電路 a.RPR220功能簡(jiǎn)介 傳感電路中我們使用的傳感器為RPR220，RPR220為光電傳感器，從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可以看出，光電傳感器就是由左邊的紅外發(fā)射二極管和右這的紅外接收管練成，說白了就是把紅外收發(fā)管封裝在一起而已。在檢測(cè)到光線時(shí)三極管導(dǎo)通，未檢測(cè)到光線時(shí)，三極管截止。 b.LM339功能簡(jiǎn)

4、介 在本電路中還需要使用另一個(gè)芯片為L(zhǎng)M339，該芯片為類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理

5、想的。電路原理圖如下所示： 1、2端的紅外二極管發(fā)出紅外光，經(jīng)白紙（黑色會(huì)吸收光線，無(wú)反射）反射回來給34端的紅外接收管接收，當(dāng)接收到紅外線，則34導(dǎo)通，常用電路如下：1）當(dāng)檢測(cè)到黑線時(shí)，此時(shí)也就是紅外接收管沒有接收到反射回來的紅外光，34的紅外接收三極管截止，則在RPR220的3管腳輸出一個(gè)電壓。若檢測(cè)到的是白線則3腳沒有電壓輸出。2）LM339是一個(gè)四電壓比較器，一個(gè)芯片有四個(gè)比較器，因?yàn)槲覀儾豢赡苤挥靡粋€(gè)光電傳感器去尋跡，至少要三個(gè)光電器件，所以用339比較器可以降低成本和電路的復(fù)雜度。比較器的5腳是一個(gè)基準(zhǔn)電壓，建議用可變電阻器W1調(diào)到2.5V，再與4腳的電壓（既是RPR220的3腳輸

6、出的電壓）比較。3）整個(gè)電路的工作過程若檢測(cè)到黑線，剛RPR220的3腳輸出一個(gè)電壓與基準(zhǔn)電壓比較，若RPR220的3腳的電壓比基準(zhǔn)電壓大，則LM339的2腳就輸出一個(gè)低電平。相反檢測(cè)不到黑線，則LM339的2腳就輸出一個(gè)高電平。這樣控制電路的74LS138就可以“看”到黑線了。根據(jù)計(jì)算，要提高光電傳感器的靈敏度（主要是光電傳感器離黑線的距離），光電傳感器的接收管的電流不能太大，本人建議R230K為好。(3) .控制以及電機(jī)占空比電路在控制電路中，小車將傳感器檢測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)?4LS138三線到八線譯碼器，然后通過一系列的與非門再與占空比輸出信號(hào)相與傳輸?shù)津?qū)動(dòng)電路即可完成控制，在敘述該電路之

7、前我們需要先了解一74LS138芯片，以及555芯片的基本知識(shí)。a.74LS138（3-8譯碼器） 當(dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2)和(/E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。 利用 E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。第 17 頁(yè) 共 13頁(yè)左圖即為74LS138功能表b.555定時(shí)器功能簡(jiǎn)介555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地

8、之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。左圖即為555定時(shí)器的功能表占空比電路原理圖如圖所示：輸出高電平時(shí)間： T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時(shí)： T=R2Cln2振蕩周期 ： T=(R1+2R2)Cln2輸出

9、方波的占空比為：控制及占空比電路原理圖如下圖所示： 電路分析： 由事先設(shè)計(jì)好的真值表我們可以接好138芯片的引腳，真值表如圖所示：輸入輸出左傳感器中傳感器右傳感器左電機(jī)右電機(jī)左右左右00010100011001010101001110011000110101011011001101110000 當(dāng)傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)輸出為高電平“1”，當(dāng)傳感器檢查到非黑線時(shí)輸出為低電平“0”。(4).驅(qū)動(dòng)電路 在驅(qū)動(dòng)電路模塊，我們結(jié)合模電知識(shí)，在查手冊(cè)和計(jì)算中算出各個(gè)參數(shù)的適合值。首先我們先介紹一下各個(gè)器件的功能和使用方法。a. 三極管8050和8550 首先先介紹一下三極管的管腳的區(qū)分方法： 判定基極：用萬(wàn)用

10、表R×100或R×1k擋測(cè)量管子三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。當(dāng)用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個(gè)電極 均測(cè)得低阻值時(shí)，則第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b。這時(shí)，要注意萬(wàn)用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值 都較小，則可判定被測(cè)管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時(shí)，測(cè)得的阻值較小，則被測(cè)三極管為NPN型管如 8050。 判定三極管集電極c和發(fā)射極e：以PNP型三極管為例，將萬(wàn)用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所

11、測(cè)得的 兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測(cè)量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。 由測(cè)量得知8050為NPN，8550為PNP，三極管的放大條件為發(fā)射極正偏集電極反偏，其他三極管具體知識(shí)在模擬電子技術(shù)都已學(xué)過，在此不再重復(fù)贅述。驅(qū)動(dòng)電路單個(gè)驅(qū)動(dòng)原理圖如下圖所示： 電路分析：此電路為H橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)左側(cè)Q4導(dǎo)通，右側(cè)Q3截止時(shí)，電流由Q2經(jīng)過電機(jī)流向Q5從而使電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之當(dāng)左側(cè)Q4截止，右側(cè)Q3導(dǎo)通時(shí)，電流由Q1經(jīng)過電機(jī)流向Q6從而使電機(jī)反轉(zhuǎn)，所以在當(dāng)控制模塊的控制信號(hào)過來就可以使電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，從而達(dá)到使小車可以循跡。 而四個(gè)反向接在三極

12、管集電極和發(fā)射極的二極管的作用是保護(hù)三級(jí)管不被擊穿，因?yàn)楫?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，里面的繞組相當(dāng)于電感，在斷電之后依舊會(huì)向外放電，一瞬間產(chǎn)生的電流很可能會(huì)擊穿三級(jí)管，此時(shí)反接的的二極管則起到引流的作用，將電機(jī)產(chǎn)生的電流引走從而保護(hù)了三級(jí)管。加在電機(jī)兩端的電容的作用則為減小電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾信號(hào)。（5） .計(jì)數(shù)顯示電路在本電路中需要使用到的芯片有74LS160、74LS47、NE555以及共陽(yáng)極數(shù)碼管。下面對(duì)這幾個(gè)芯片進(jìn)行簡(jiǎn)單的功能介紹。a.74LS160（8421BCD）編碼器 異步清零端/MR1 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP信號(hào)狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電

13、平時(shí)，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致。對(duì)于74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而74LS160無(wú)此種限制。 160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。（功能如圖所示）b. 74LS47芯片 該芯片為驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的芯片，下面為其功能表： 由其功能表可以看出該芯片輸出為低電平有效，所以我們選擇的時(shí)共陽(yáng)極的數(shù)碼管。 需要注意的是，在74LS47與共陽(yáng)極數(shù)碼管相連接時(shí)需要加限流電阻來保護(hù)數(shù)碼管，以免數(shù)碼管燒壞。c.共陽(yáng)極數(shù)碼管共陽(yáng)極數(shù)碼管是指八段數(shù)碼管的八段發(fā)光二極管的陽(yáng)極(

14、正極)都連在一起，陽(yáng)極對(duì)應(yīng)的各段分別控制，如右圖所示：計(jì)數(shù)顯示電路原理圖如下圖所示：電路分析：74LS160的兩個(gè)CP端全部接入由秒脈沖產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，個(gè)位的進(jìn)位端接到十位的使能端使其進(jìn)位，由60的8421BCD碼可以知道當(dāng)十位的Q1、Q2同時(shí)為一時(shí)我們應(yīng)當(dāng)使之置零。所以Q1、Q2接與非門到十位的MR端使之清零。此外，控制電路在檢測(cè)到三條黑線時(shí)Y7的輸出信號(hào)接到個(gè)位的使能端可以使計(jì)數(shù)器保持。（2） 分開調(diào)試 (1).檢測(cè)電路是否和預(yù)期的功能相符合； (2).若電路存在問題檢測(cè)方法： a.檢測(cè)電路是否虛焊，將萬(wàn)用表扭到蜂鳴檔，用黑紅表筆依次在焊接處點(diǎn) 測(cè)，檢測(cè)蜂鳴器是否響起，若響起則說明電路沒有

15、虛焊。 b.檢測(cè)芯片是否接高電平和地，如果沒有接則電路自然會(huì)出現(xiàn)問題。檢測(cè)方法，使用示波器的measure功能，測(cè)電壓峰峰值，將表筆接地端接地，測(cè)量端點(diǎn)在待測(cè)端，觀察示波器示數(shù)。 c.按照proteus仿真圖仿真過程出現(xiàn)的電平變化，依次在示波器上測(cè)試，是否與仿真過程一致。（3） 組裝調(diào)試將分塊調(diào)試成功的五個(gè)電路模塊，按照設(shè)計(jì)連接在一起，并且在直流電源箱，在實(shí)地上進(jìn)行循跡。遇到具體的問題具體分析。一般前面分塊沒有問題的電路，在組裝之后只會(huì)遇到速度太快，傳感器檢測(cè)到的信號(hào)傳輸速度較為緩慢，此時(shí)可以調(diào)整占空比調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和傳感器的三極管集電極電阻調(diào)節(jié)傳感器的敏感程度。4、 實(shí)習(xí)感悟通過實(shí)習(xí)，我們小組完成了循跡小車，在制作的過程中我們學(xué)會(huì)如何進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作和交流溝通，不能一個(gè)人單打獨(dú)斗，要一起研究問題。另外，通過實(shí)習(xí)，我們將學(xué)到的數(shù)電模電